Описание экспериментальной установки. Общий вид установки представлен на рис

Общий вид установки представлен на рис. 6.3. Она содержит: 1 – основание, 2 – вертикальную стойку, 3 – верхний кронштейн, 4 – кронштейн для установки фотодатчика, 5 – фотодатчик, 6 – диск с осью, 7 – нить и комплект из трех сменных колец различной массы. Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 8 и винтом 9 для фиксации вертикальной стойки 2. Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена миллиметрованная шкала, и имеет визир 12. На верхнем кронштейне 3 размещаются электромагниты 10 и узел 11 регулировки исходного положения маятника.

Методика эксперимента и обработка результатов измерений

Задание 1: определение расчетного значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника Максвелла.

1. Рассчитайте для трех сменных колец теоретическое значение момента инерции маятника Максвелла по формуле:

, (6.8)

где: – момент инерции оси маятника, м – радиус оси, кг – масса оси; – момент инерции диска маятника, м – средний радиус диска, кг – масса диска; – момент инерции кольца маятника, м – средний радиус кольца, – масса кольца , – средняя ширина кольца. С помощью штангенциркуля измерить ширину колец в пяти разных местах и найти среднее значение.

2. Рассчитайте для трех сменных колец теоретическое значение ускорения центра тяжести маятника по формуле:

, (6.9)

где – масса маятника.

Задание 2: определение экспериментального значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника Максвелла.

1. Постройте таблицу 6.2.

Таблица 6.2

,

2. Установите нижний кронштейн с фотодатчиком в крайнее нижнее положение шкалы так, чтобы плоскость кронштейна, окрашенная в синий цвет, совпала с одной из рисок шкалы. Проведите регулировку положения основания при помощи регулировочных опор так, чтобы диск на бифилярном подвесе находился в центре окна фотодатчика, при этом ось маятника должна занимать горизонтальное положение. При помощи визира на шкале вертикальной стойки определите ход маятника .

3. Нажмите кнопку «СЕТЬ» секундомера. При этом должны включиться табло индикации и электромагниты. Вращая маятник по часовой стрелке, зафиксировать его в верхнем положении при помощи ближнего к стойке электромагнита, при этом необходимо следить за тем, чтобы нить наматывалась на ось виток к витку.

4. При нажатии кнопки «СТАРТ» на секундомере, элекромагниты должны обесточиться, маятник начнет раскручиваться, таймер будет производить отсчет времени, а в момент пересечения маятником оптической оси фотодатчика отсчет времени прекратится. Показания секундомера занесите в таблицу 6.2.

5. Испытания 2 – 4 провести пять раз для трех сменных колец, и определить среднее значение времени . Все полученные результаты занесите в табл.6.2.

6. Определите экспериментальные значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника по формулам (6.6) и (6.7).

7. Рассчитайте погрешность измеренных значений момента инерции и ускорения центра тяжести маятника.

8. Сравните теоретические значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника с полученными опытным путем. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Что называется плоскопараллельным движением тела?

2. Из каких двух движений складывается сложное движение маятника? Опишите их.

3. Докажите, что маятник совершает движение с постоянным ускорением центра масс.

4. Дайте определение момента инерции. Выведите выражения для моментов инерции диска, кольца.

5. Сформулируйте закон сохранения механической энергии. Запишите его в применении к маятнику Максвелла.

6. Выведите рабочую формулу (6.7).

7. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.